Différences de sexe dans la pathologie axonale aiguë après une commotion cérébrale expérimentale

Contexte académique

Chaque année, environ 50 millions de personnes dans le monde souffrent de commotions cérébrales, également appelées lésions cérébrales traumatiques légères (TBI). Cependant, pour plus de 15 % des patients, cette lésion “légère” peut entraîner des déficiences neurocognitives durables. Le consensus actuel indique que les commotions cérébrales provoquent des perturbations structurelles et physiologiques aiguës des réseaux neuronaux et des fonctions cérébrales, en particulier une pathologie axonale diffuse dans la substance blanche, connue sous le nom de lésion axonale diffuse (Diffuse Axonal Injury, DAI). Des recherches récentes ont montré que la commotion cérébrale implique une atteinte des axones de la substance blanche, et que les résultats pathologiques post-commotionnels pourraient varier entre les hommes et les femmes.

Bien que les hommes soient majoritaires parmi les cas de commotions cérébrales admis aux urgences, cela s’explique principalement par leur plus grande participation à des activités à risque de choc à la tête. Cependant, dans les mêmes sports, les athlètes féminines présentent un taux plus élevé de commotions cérébrales et des résultats plus défavorables, ce qui suggère que les différences de sexe pourraient influencer l’étendue de la pathologie axonale. L’hypothèse que le cerveau féminin possède plus d’axones de petit diamètre a été confirmée par des études post-mortem et par imagerie par résonance magnétique (IRM), suggérant que les femmes pourraient subir des dommages axonaux plus étendus après une commotion cérébrale.

Sources de l’étude

Cet article a été rédigé conjointement par Hailong Song, Alexandra Tomasevich, Andrew Paolini, Kevin D. Browne, Kathryn L. Wofford, Brian Kelley, Eashwar Kantemneni, Justin Kennedy, Yue Qiu, Andrea L. C. Schneider, Jean-Pierre Dolle, D. Kacy Cullen et Douglas H. Smith, tous affiliés aux départements de neurochirurgie de l’Université de Pennsylvanie, au Centre médical des affaires des anciens combattants Michael J. Crescenz, et au Centre de traumatologie neurochirurgicale, de neurodégénérescence et de réparation de l’Université de Pennsylvanie. L’article a été publié dans la revue « Acta Neuropathologica ».

Processus de recherche

Conception de l’expérience et modélisation

Pour explorer les différences potentielles de pathologie axonale entre les sexes après une commotion cérébrale, l’étude a utilisé un modèle porcin de commotion cérébrale cliniquement pertinent, simulant l’accélération rotative de la tête humaine. Ce modèle induit des modifications pathologiques axonales sélectives par une accélération rotative rapide de la tête, sans impliquer la mort neuronale ou des changements pathologiques évidents. L’expérience a utilisé 16 porcs de race Hanford âgés de 6 à 8 mois, répartis aléatoirement en quatre groupes : groupe de femelles simulées (3), groupe de mâles simulés (3), groupe de femelles blessées (5) et groupe de mâles blessés (5).

Étapes de l’expérience

Dans le groupe des blessés, les porcs ont subi une commotion cérébrale expérimentale par une accélération rotative rapide de la tête, réalisée à l’aide d’un actionneur pneumatique Hyge transformant un mouvement linéaire en un mouvement angulaire, produisant une rotation de la tête de 110 degrés en 20 millisecondes. Cette méthode de contrôle précis du mouvement de la tête a permis d’examiner les femelles et les mâles blessés 24 heures après la blessure (moment où l’on s’attend à observer une pathologie axonale étendue).

Préparation des tissus et coloration

Vingt-quatre heures après la blessure, tous les animaux ont été fixés par perfusion cardiaque, après quoi le cerveau a été enlevé, découpé et fixé dans du formol à 10 % pendant une semaine. Ensuite, les tissus cérébraux ont été coupés en sections continues de 8 micromètres et soumis à une immunohistochimie (IHC) pour détecter les protéines précurseurs amyloïdes (APP) et les protéines basiques de la myéline (MBP). De plus, la microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour évaluer les différences potentielles de diamètre axonal entre les sexes, ainsi que les changements de diamètre axonal moyen dans la substance blanche après la blessure.

Principaux résultats de la recherche

Différences dans l’expansion des axones et la perte de canaux sodiques

Tout d’abord, l’étude a révélé que le nombre de profils axonaux réactifs à l’APP dans le cerveau des femelles blessées était significativement supérieur à celui des mâles blessés, en particulier dans la substance blanche profonde et le faisceau sous-cortical adjacent aux ventricules latéraux. Cette différence a été observée de manière cohérente dans les coupes coronales continues du cerveau, et le degré de pathologie axonale réactive à l’APP était corrélé positivement avec le temps de récupération post-blessure.

Deuxièmement, l’étude a montré une perte plus étendue des canaux sodiques Nav1.6 dans le cerveau des femelles blessées par rapport aux mâles blessés. La perte de canaux sodiques était plus vaste que les profils axonaux réactifs à l’APP. Cela suggère que, outre la perte de connexions réseau physiques due à l’expansion axonale, la perte de canaux sodiques pourrait représenter une perturbation physiologique des connexions fonctionnelles, potentiellement l’une des raisons d’un temps de récupération plus long chez les femelles.

Différences dans la structure ultra axonale

Les analyses croisées par TEM ont révélé que, qu’elles soient blessées ou non, les femelles avaient des axones de diamètre moyen nettement plus petit que les mâles. Une analyse plus approfondie a montré que les petits axones étaient plus susceptibles de subir une dégénérescence et une dégradation après la blessure, alors que les grands axones des mâles étaient davantage préservés. En outre, l’étude a trouvé que le diamètre des axones augmentait après la blessure chez les deux sexes, indiquant une dégénérescence sélective des fibres de petit diamètre, cette augmentation étant plus marquée chez les femelles.

Conclusion

Cette étude a révélé pour la première fois des différences significatives de pathologie axonale dans la substance blanche entre les sexes après une commotion cérébrale. Elle souligne que la déformation des tissus causée par l’accélération rotative de la tête affecte plus sévèrement les femmes que les hommes en termes de perturbation de la transmission axonale, induisant une accumulation de protéines aux sites de gonflement, menant ultérieurement à des ruptures et à une dégradation. La vulnérabilité sélective des petits axones pourrait être un mécanisme clé de ces différences de sexe. Ces résultats expliquent pourquoi les femmes peuvent avoir un rétablissement et des résultats cliniques moins favorables après une commotion cérébrale. L’étude recommande de continuer à explorer des méthodes non invasives, telles que les biomarqueurs sanguins et les techniques d’imagerie neuro-avancées, pour identifier les différences potentielles de sexe après une commotion cérébrale.

Valeur de l’étude

Cette étude fournit une base scientifique pour le rôle du sexe dans la pathologie des commotions cérébrales, essentielle pour comprendre les mécanismes des commotions cérébrales et élaborer des traitements personnalisés. En outre, l’étude souligne les directions de recherche futures possibles, telles que l’application de techniques d’imagerie avancées et de biomarqueurs sanguins pour la détection pathologique, ce qui pourrait offrir des moyens plus efficaces de diagnostiquer et de traiter les commotions cérébrales.